CN111607516B - 面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片，包括培养基驱动部分和培养芯片本体，培养基驱动部分包括软管轨道板、蠕动泵、软管和两个软管接口，蠕动泵安装在软管轨道板上，软管部分设置于软管轨道板中，软管的两自由端分别与两个软管接口相连接，培养芯片本体包括基板、定位板、管道板、密封板、盖板、输卵管上皮细胞培养架和卵丘细胞培养架，基板、定位板、管道板、密封板从下往上依次紧密连接，盖板与密封板可开合连接，输卵管上皮细胞培养架和卵丘细胞培养架均安装在管道板上。本发明将构建体细胞滋养层3D环境、动态培养、多卵协同培养三大因素集成在同一芯片上，达到更好的培养效果，效率高、提升体外培养成功率。

Description

面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片

技术领域

本发明涉及体外培养技术领域，尤其涉及一种面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片。

背景技术

卵母细胞包含生命体繁殖时所需的重要生物遗传信息，是生命孕育的起源，对卵母细胞的研究在生命科学与医学研究中一直占据着非常重要的位置。随着科学技术的发展，科学家们开始了对早期胚胎进行体外培养的研究，发现早期胚胎的体外培养极易遇到发育阻滞而导致存活率一直不高。所谓发育阻滞是指卵细胞重构胚从被激活后开始分裂，在4细胞期发育到8细胞期间。此时期正好是母体基因-胚胎基因过渡期，胚胎细胞中母源mRNA消耗殆尽，其自身基因组尚未被激活。在此阶段，早期胚胎极为脆弱，对外界环境非常敏感，极易停止发育。

现有的体外胚胎培养技术无法提供如同输卵管内的相近环境是导致体外胚胎培养过程中出现大量发育阻滞现象的原因。为了帮助卵母细胞在体外胚胎培养过程中通过发育阻滞，改进培养液成分、滋养层体细胞共同培养、动态培养和多卵协同培养被普遍认为是比较有效的。在滋养层体细胞共培养方面的研究表明，输卵管上皮细胞共培养能够降低母体-胚胎基因过渡期小鼠胚胎的内源性ROS，促进母型向合子型过渡，能够克服胚胎体外发育阻滞。动态培养能够模拟胚胎在输卵管中运输时，受到输卵管壁与纤毛的物理刺激，比如利用流体的剪切力刺激胚胎，对胚胎的成功发育起到积极的作用，与静态培养比较，胚胎的存活率和培养速度均有所提高。胚胎自身产生的自分泌或旁分泌因子会影响胚胎发育及其囊胚形成率，受精卵与受精卵之间的相互交流非常重要，多卵共培养的受精卵比孤立培养的受精卵具有更好的发育潜能。

动态培养体系已经进行了非常多的研究并取得了具有相对静态培养体系明显优势性的实验结果。然而在实际应用中，静态培养体系依然占据了统治性的地位，操作的复杂性、装置的落后、使用不便阻碍了动态培养体系相关技术的应用推广。然而，随着卵细胞操作技术的发展趋势，静态培养体系的成功率已经难以满足需求。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片，包括培养基驱动部分和培养芯片本体，所述培养基驱动部分包括软管轨道板、蠕动泵、软管和两个软管接口，所述蠕动泵安装在所述软管轨道板上，所述软管部分设置于所述软管轨道板中，所述软管的两自由端分别与所述两个软管接口相连接，所述培养芯片本体包括基板、定位板、管道板、密封板、盖板、输卵管上皮细胞培养架和卵丘细胞培养架，所述基板、定位板、管道板、密封板从下往上依次紧密连接，所述盖板与所述密封板可开合连接，所述输卵管上皮细胞培养架和卵丘细胞培养架均安装在所述管道板上。

作为本发明的进一步改进，所述密封板上设置有培养基入口孔、培养基出口孔、密封孔，两个所述软管接口分别紧密配合于所述培养基入口孔、培养基出口孔中，所述盖板与所述密封孔密封配合。

作为本发明的进一步改进，所述管道板上设置有培养基入口池、培养基出口池、入口主通道、出口主通道、培养仓池、输卵管上皮细胞培养架放置槽和卵丘细胞培养架放置槽，所述培养基入口池、培养基出口池分别与所述培养基入口孔、培养基出口孔相对应设置，所述培养基入口池、培养基出口池分别与所述入口主通道、出口主通道相连通，所述入口主通道、出口主通道均通过分流通道与所述培养仓池相连通，所述输卵管上皮细胞培养架放置槽设置于所述入口主通道上，所述卵丘细胞培养架放置槽设置于所述培养仓池上。

作为本发明的进一步改进，所述密封板上设置有两个支座，所述两个支座与所述盖板通过转轴相连接，所述盖板上设置有凸台，所述凸台与所述密封孔密封配合。

作为本发明的进一步改进，所述定位板上设置有定位阵列，所述定位阵列包括多个定位单元，所述多个定位单元呈阵列排布，所述多个定位单元伸入所述培养仓池内。

作为本发明的进一步改进，每个所述定位单元包括多个扇瓣，所述多个扇瓣形成开放的圆柱状结构。

作为本发明的进一步改进，所述输卵管上皮细胞培养架包括空心的第一圆柱体，所述第一圆柱体的轴面上设置有至少一个第一通孔组，所述第一通孔组包括多个第一通孔，所述多个第一通孔呈圆形阵列排布，所述第一圆柱体的周面上设置有多个第二通孔组，所述第二通孔组包括多个第二通孔，所述多个第二通孔呈圆形阵列排布。

作为本发明的进一步改进，所述卵丘细胞培养架包括卵丘细胞培养膜支架和卵丘细胞培养膜，所述卵丘细胞培养膜支架与所述卵丘细胞培养膜表面相连接。

作为本发明的进一步改进，所述卵丘细胞培养膜支架包括第二圆柱体、与所述第二圆柱体相连接的两个支板，所述第二圆柱体与所述培养仓池紧密配合。

作为本发明的进一步改进，所述盖板、密封板、管道板、定位板上分别设置有第一螺纹孔、第二螺纹孔、第三螺纹孔、第四螺纹孔。

本发明的有益效果是：

本发明对体外培养芯片进行巧妙地设计，分成培养基驱动部分和培养芯片本体，实现各结构紧凑合理地布局，将构建体细胞滋养层3D环境、动态培养、多卵协同培养三大因素集成在同一芯片上，在管道板中设有输卵管上皮细胞培养架和卵丘细胞培养架，用于构建体细胞滋养层3D环境，使用蠕动泵驱动培养基流动，用于对卵母细胞提供动态培养的环境，将多个卵母细胞放在定位阵列中，达到多卵协同培养的效果，不但可以更加逼近卵母细胞发育的真实自然环境，同时还可以研究各因素之间的内在联系，最终达到更好的培养效果，突破早期胚胎发育阻滞，具有外形美观、功能齐全、效率高、提升体外培养成功率、便携等诸多优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的优选实施例的结构示意图；

图2为本发明的优选实施例的培养基驱动部分的结构示意图；

图3为本发明的优选实施例的培养芯片本体的结构示意图；

图4为本发明的优选实施例的盖板的结构示意图；

图5为本发明的优选实施例的密封板的结构示意图；

图6为本发明的优选实施例的管道板的结构示意图；

图7为本发明的优选实施例的定位板的结构示意图；

图8为图7中A的放大示意图；

图9为本发明的优选实施例的输卵管上皮细胞培养架的结构示意图；

图10为本发明的优选实施例的卵丘细胞培养架的结构示意图；

图11为本发明的优选实施例的卵丘细胞培养膜的结构示意图；

图12为本发明的优选实施例的卵丘细胞培养膜的局部放大示意图；

图中：1、培养基驱动部分，11、软管轨道板，12、蠕动泵，13、软管，14、软管接口，2、培养芯片本体，21、基板，22、定位板，221、定位单元，222、第四螺纹孔，2211、扇瓣，23、管道板，231、培养基入口池，232、培养基出口池，233、入口主通道，234、出口主通道，235、培养仓池，236、输卵管上皮细胞培养架放置槽，237、卵丘细胞培养架放置槽，238、分流通道，239、第三螺纹孔，24、密封板，241、培养基入口孔，242、培养基出口孔，243、密封孔，244、支座，245、第二螺纹孔，25、盖板，251、凸台，252、第一螺纹孔，26、输卵管上皮细胞培养架，261、第一圆柱体，262、第一通孔，263、第二通孔，27、卵丘细胞培养架，271、卵丘细胞培养膜支架，272、卵丘细胞培养膜，2711、第二圆柱体，2712、支板，2713、支块，2721、第三圆柱体，2722、第一通道，2723、第二通道，2724、正方形孔，28、转轴。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3所示，一种面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片，用于卵母细胞的体外培养，包括培养基驱动部分1和培养芯片本体2，培养基驱动部分1包括软管轨道板11、蠕动泵12、软管13和两个软管接口14，蠕动泵12安装在软管轨道板11上，软管13部分设置于软管轨道板11中，软管13的两自由端分别与两个软管接口14相连接，培养芯片本体2包括基板21、定位板22、管道板23、密封板24、盖板25、输卵管上皮细胞培养架26和卵丘细胞培养架27，基板21、定位板22、管道板23、密封板24从下往上依次紧密连接，盖板25与密封板24可开合连接，输卵管上皮细胞培养架26和卵丘细胞培养架27均安装在管道板23上。

如图5所示，本发明优选密封板24上设置有培养基入口孔241、培养基出口孔242、密封孔243，盖板25与密封孔243密封配合，两个软管接口14分别紧密配合于培养基入口孔241、培养基出口孔242中。为防止培养基流出，可在两个软管接口14外表面、培养基入口孔241内表面、培养基出口孔242内表面涂防渗透涂料。

为了便于盖板25与密封板24的开合连接，本发明优选密封板24上设置有两个支座244，两个支座244与盖板25通过转轴28相连接，盖板25上设置有凸台251，如图4所示，凸台251与密封孔243密封配合。

进一步优选密封孔243设于密封板24的中心位置，培养基入口孔241、培养基出口孔242分别位于密封孔243的左右两侧，两个支座244均位于密封孔243的后侧。

如图6所示，本发明优选管道板23上设置有培养基入口池231、培养基出口池232、入口主通道233、出口主通道234、培养仓池235、输卵管上皮细胞培养架放置槽236和卵丘细胞培养架放置槽237，培养基入口池231、培养基出口池232分别与培养基入口孔241、培养基出口孔242相对应设置，培养基入口池231、培养基出口池232分别与入口主通道233、出口主通道234相连通，入口主通道233、出口主通道234均通过分流通道238与培养仓池235相连通，输卵管上皮细胞培养架放置槽237设置于入口主通道234上，卵丘细胞培养架放置槽237设置于培养仓池235上。

进一步优选培养仓池235位于管道板23的中心位置。

进一步优选培养基入口池231与培养基入口孔241同轴心，培养基出口池232与培养基出口孔242同轴心，便于培养基的流动。

本发明优选培养仓池235的直径为4～5mm，培养基入口池231的直径为2～3mm，培养基出口池232的直径为2～3mm，入口主通道233的宽度为1.0～1.2mm，入口主通道233的长度为9～10mm，分流通道238中单个通道宽度为0.3～0.4mm，入口主通道233与其中一个分流通道238连接处、出口主通道234与另一个分流通道238连接处之间的长度为15mm。

如图9所示，输卵管上皮细胞培养架26包括空心的第一圆柱体261，第一圆柱体261的轴面上设置有至少一个第一通孔组，第一通孔组包括多个第一通孔262，每个第一通孔262沿轴向延伸贯穿第一圆柱体261的两轴面，多个第一通孔262呈圆形阵列排布，第一圆柱体261的周面上设置有多个第二通孔组，多个第二通孔组沿轴向间隔设置，第二通孔组包括多个第二通孔263，多个第二通孔263呈圆形阵列排布，第二通孔263与第一通孔262相连通。本实施例中，第一圆柱体261的轴面上设置有两个第一通孔组，两个第一通孔组沿径向延伸。

如图10所示，卵丘细胞培养架27包括卵丘细胞培养膜支架271和卵丘细胞培养膜272，卵丘细胞培养膜支架271与卵丘细胞培养膜272表面相连接。

如图11、图12所示，进一步优选卵丘细胞培养膜支架271包括第二圆柱体2711、与第二圆柱体2711的上部相连接的两个支板2712以及与第二圆柱体2711的底部相连接的两个支块2713，第二圆柱体2711与培养仓池235紧密配合，压缩培养仓池235的体积，节省培养基成本，同时防止培养基的流出。

进一步优选卵丘细胞培养膜272的直径为3～4mm、厚度为0.1～0.2mm。进一步优选卵丘细胞培养膜272包括第三圆柱体2721，第三圆柱体2721的侧面设置有两排通道组件，每排通道组件包括平行的多个第一通道2722和平行的多个第二通道2723，第一通道2722与第二通道2723垂直设置，多个第一通道2722与多个第二通道2723呈垂直阵列分布，第一通道2722、第二通道2723的大小都为0.06×0.03mm，同一排的两个第一通道2722之间间距、两个第二通道2723之间间距均为0.09mm，第三圆柱体2721的上下表面贯穿有多个正方形孔2724，第一通道2722与第二通道2723交汇处与正方形孔2724相连通，正方形孔2724的大小为0.15×0.15mm。

进一步优选密封孔243的延伸空间能够包络住培养仓池235、输卵管上皮细胞培养架放置槽236和卵丘细胞培养架放置槽237。

如图7、图8所示，本发明优选定位板22上设置有定位阵列，定位阵列包括多个定位单元221，多个定位单元221呈阵列排布，多个定位单元221伸入培养仓池235内。

进一步优选每个定位单元221包括多个扇瓣2211，多个扇瓣2211形成开放的圆柱状结构。

进一步优选定位阵列包括九个定位单元221，九个定位单元221呈3×3阵列排布。进一步优选九个定位单元221中处于中间的那个定位单元221位于定位板22的中心位置。进一步优选每个定位单元221包括八个扇瓣2211。进一步优选定位单元221的内径为200～240μm，与0.5-10μl移液枪枪头匹配，定位单元221内可容纳1-2个卵母细胞，定位单元221外径为240～300μm，相邻扇瓣2211之间间隙为50～70μm，每个扇瓣2211高度为200～250μm。

本发明优选盖板25、密封板24、管道板23、定位板22上分别设置有第一螺纹孔252、第二螺纹孔245、第三螺纹孔239、第四螺纹孔222。第一螺纹孔252、第二螺纹孔245、第三螺纹孔239、第四螺纹孔222大小一样，第二螺纹孔245、第三螺纹孔239、第四螺纹孔222同轴心，当盖板25处于合上状态时，第一螺纹孔252、第二螺纹孔245、第三螺纹孔239、第四螺纹孔222同轴心，可用螺栓(图中未示出)将盖板25与密封板24紧密连接在一起。

本发明优选基板21厚度为2～3mm，定位板22厚度为2～3mm，管道板23厚度为5～6mm，密封板24厚度为3～4mm，基板21采用玻璃材料制成，定位板22、管道板23、密封板24采用聚二甲基硅氧烷材料制成。

本发明工作原理如下：

将输卵管上皮细胞培养架26上植入输卵管上皮细胞进行培养，将卵丘细胞培养架27上植入卵丘细胞进行培养，在定位单元221中滴入少量培养基液体，取卵母细胞放入定位单元221中，将输卵管上皮细胞培养架26放置于输卵管上皮细胞培养架放置槽236，将卵丘细胞培养架27放置于卵丘细胞培养架放置槽237，盖板25合上，使盖板25上的凸台251与密封板24上的密封孔243密封配合，通过将螺栓旋入第一螺纹孔252、第二螺纹孔245、第三螺纹孔239、第四螺纹孔222防止培养基液体流出，将一个软管接口14固定在培养基出口孔242中，从培养基入口孔241注满培养基液体，待培养芯片本体2和软管13中都已经注满培养基液体时，将另一个软管接口14固定在培养基入口孔241中，打开蠕动泵12开关，将其接入市电，从而使得培养基在体外培养芯片中流动，对卵母细胞产生动态培养的作用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片，其特征在于，包括培养基驱动部分和培养芯片本体，所述培养基驱动部分包括软管轨道板、蠕动泵、软管和两个软管接口，所述蠕动泵安装在所述软管轨道板上，所述软管部分设置于所述软管轨道板中，所述软管的两自由端分别与所述两个软管接口相连接，所述培养芯片本体包括基板、定位板、管道板、密封板、盖板、输卵管上皮细胞培养架和卵丘细胞培养架，所述基板、定位板、管道板、密封板从下往上依次紧密连接，所述盖板与所述密封板可开合连接，所述输卵管上皮细胞培养架和卵丘细胞培养架均安装在所述管道板上。

2.根据权利要求1所述的面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片，其特征在于，所述密封板上设置有培养基入口孔、培养基出口孔、密封孔，两个所述软管接口分别紧密配合于所述培养基入口孔、培养基出口孔中，所述盖板与所述密封孔密封配合。

3.根据权利要求2所述的面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片，其特征在于，所述管道板上设置有培养基入口池、培养基出口池、入口主通道、出口主通道、培养仓池、输卵管上皮细胞培养架放置槽和卵丘细胞培养架放置槽，所述培养基入口池、培养基出口池分别与所述培养基入口孔、培养基出口孔相对应设置，所述培养基入口池、培养基出口池分别与所述入口主通道、出口主通道相连通，所述入口主通道、出口主通道均通过分流通道与所述培养仓池相连通，所述输卵管上皮细胞培养架放置槽设置于所述入口主通道上，所述卵丘细胞培养架放置槽设置于所述培养仓池上。

4.根据权利要求2所述的面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片，其特征在于，所述密封板上设置有两个支座，所述两个支座与所述盖板通过转轴相连接，所述盖板上设置有凸台，所述凸台与所述密封孔密封配合。

5.根据权利要求3所述的面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片，其特征在于，所述定位板上设置有定位阵列，所述定位阵列包括多个定位单元，所述多个定位单元呈阵列排布，所述多个定位单元伸入所述培养仓池内。

6.根据权利要求5所述的面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片，其特征在于，每个所述定位单元包括多个扇瓣，所述多个扇瓣形成开放的圆柱状结构。

7.根据权利要求1所述的面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片，其特征在于，所述输卵管上皮细胞培养架包括空心的第一圆柱体，所述第一圆柱体的轴面上设置有至少一个第一通孔组，所述第一通孔组包括多个第一通孔，所述多个第一通孔呈圆形阵列排布，所述第一圆柱体的周面上设置有多个第二通孔组，所述第二通孔组包括多个第二通孔，所述多个第二通孔呈圆形阵列排布。

8.根据权利要求3所述的面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片，其特征在于，所述卵丘细胞培养架包括卵丘细胞培养膜支架和卵丘细胞培养膜，所述卵丘细胞培养膜支架与所述卵丘细胞培养膜表面相连接。

9.根据权利要求8所述的面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片，其特征在于，所述卵丘细胞培养膜支架包括第二圆柱体、与所述第二圆柱体相连接的两个支板，所述第二圆柱体与所述培养仓池紧密配合。

10.根据权利要求2所述的面向突破发育阻滞的早期胚胎拟输卵管环境体外培养芯片，其特征在于，所述盖板、密封板、管道板、定位板上分别设置有第一螺纹孔、第二螺纹孔、第三螺纹孔、第四螺纹孔。

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